Conjugated Estrogens/Bazedoxifene Acetate

会议推荐 2026第三届中国医药企业项目管理大会 2026第二届中国AI项目管理大会 2026第十五届中国PMO大会 2026第五届中国项目经理大会 本 文 目 录 1、新药研发(07):经典靶点--转运蛋白 2、新药研发(08):经典靶点--核受体 3、新药研发(09):经典靶点一--生物分子相互作用(蛋白/蛋白、蛋自/DNA、蛋自/RNA) 一、新药研发(07):经典靶点--转运蛋白 01 引言 转运蛋白(Transport protein)作为细胞膜上的关键分子通道，在维持细胞内外物质平衡方面发挥着不可替代的作用。这些复杂的膜蛋白不仅对于细胞的基本生存至关重要，也为多种疾病的治疗提供了丰富的药物靶点。本文将深入探讨转运蛋白的基本特性、分类机制、药物靶点潜力以及最新研究进展，旨在全面展示转运蛋白在药物发现领域的核心价值。 02 转运蛋白的基本结构与功能 2.1转运蛋白的定义与重要性 转运蛋白是细胞膜上的关键蛋白质，负责调控物质跨膜运输。与简单扩散不同，转运蛋白主导的跨膜运输是大多数小分子跨越生物屏障的主要方式。这些蛋白质在多样的生物学功能中起着重要作用，包括神经冲动传递（5-羟色胺）、去甲肾上腺素和多巴胺转运、代谢（葡萄糖转运）以及肌肉收缩等。当转运蛋白功能异常时，可能导致多种疾病，因此成为药物研发的重要靶点。 2.2转运蛋白的结构特点 转运蛋白的结构研究经历了从概念提出到分子水平确认的漫长过程，早在19世纪70年代，科学家就认为细胞被半透性的"原生质层"包围，但转运蛋白的结构直到近百年后才被确证。1996年，科学家首次报道了转运蛋白的X射线晶体结构，这为理解其分子机制提供了重要基础。 图1. 甘露糖转运蛋白是第一个通过X 射线单晶衍射测试(分辨率1.7Å)确定结构的转运蛋白，它是磷酸烯醇式丙酮酸依赖的磷酸转移酶家族的成员之一。图为大肠杆菌单体形成的具有生物活性的二聚体(RCSB 1PDO)。 根据跨膜区域的数量，转运蛋白可分为不同类型： ·12跨膜区域转运蛋白：这是最常见的类型，包括去甲肾上腺素转运蛋白(NET)、葡萄糖转运蛋白(GLUT)和ABC转运蛋白，这些转运蛋白属于主要促进因子超家族(major facilitator superfamily，MFS)。 ·少于12跨膜区域的转运蛋白：如来自大肠杆菌的多药转运蛋白(EmrE)，属于小多药转运蛋白(small multidrug transporter，SMR)家族，只有4个跨膜区域，需要通过低聚反应产生活性。线粒体转运蛋白家族通常包含6个跨膜区域。 ·泛醌氧化还原酶：作为已知最大的膜蛋白复合物之一，含有多个转运蛋白和多达14个跨膜区域。 图2. (a)线粒体ADP/ATP转运体是第一个被确定的线粒体转运蛋白家族(MCF)成员之一。它是最丰富的线粒体转运蛋白，主要功能是在线粒体内膜上转运核苷酸(RCSB 2C3E)。(b)呼吸复合物Ⅰ是呼吸链中第一个连接NADH和泛醌电子传递的转运蛋白。它由6个亚基组成：NuoL、NuoM、NuoN、NuoA、NuoJ和NuoK，共有55个跨膜螺旋(RCSB 3RKO)。 2.3 转运蛋白的运输机制 转运蛋白具有三种基本运输类型： ·单向运输：沿浓度梯度将单个分子向一个方向移动。 ·同向运输：也称为协同转运，以相同的方向转移两个或多个分子通过细胞膜。 ·对向运输：也被称为交换运输或反向运输，以相反的方向转移两个或多个分子。 图3. 单向运输沿着浓度梯度将单个分子向一个方向移动，而同向运输和反向运输则会转移多个分子。同向运输向同一个方向转移分子，而反向运输则向相反的方向转移分子。 根据能量利用方式，转运蛋白可分为被动运输和主动运输： ·被动运输：包括协助扩散，物质分子与转运蛋白结合导致构象变化，使物质从高浓度区域转移到低浓度区域，不消耗细胞能量。 图4. 协助扩散使溶质向低浓度梯度移动，而不消耗能量。 溶质分子的结合会引起构象变化，使溶质较简单扩散更快地通过细胞膜。 ·主动运输：可分为一级主动运输和二级主动运输： o一级主动运输：直接利用细胞能量（如ATP水解），如钠钾ATP酶通过使2个钾离子流入细胞内，同时将3个钠离子释放至细胞外，维持细胞的钠钾水平。 o二级主动运输：利用电化学梯度存储的能量，如钠-葡萄糖共转运蛋白利用钠钾ATP酶产生的钠离子梯度来驱动葡萄糖进入细胞。 图5. 钠钾ATP 酶将3 个钠离子(黄色)和1 分子ATP(红色)与转运蛋白结合。磷酸化(暗紫色)导致构象改变，将钠离子转移到细胞内部。钠离子被释放，两个钾离子(淡紫色)与蛋白结合。从而导致转运蛋白的去磷酸化，使转运蛋白变回原来的构象，同时将钾离子转移到细胞外。 图6. 葡萄糖(红色)和钠离子(黄色)结合到钠- 葡萄糖共转运体(SGLT)，它们都能穿过细胞膜。钠钾ATP 酶(未显示)产生的钠离子浓度梯度驱动此过程。 03 转运蛋白作为药物靶点的价值 3.1转运蛋白在药物研发中的重要性 转运蛋白已成为药物发现领域的重要靶点，主要因为它们参与多种生理和病理过程。通过调节转运蛋白的活性，可以影响各种疾病的进程，包括精神疾病、代谢紊乱、心血管疾病和癌症等。清华大学药学院陈立功团队的研究表明，SLC转运蛋白与多种代谢性疾病相关，包括胰岛素抵抗、II型糖尿病、高血压、慢性肾病、痛风、哮喘、炎症性肠病、癌症、痴呆和焦虑症等。 3.2 转运蛋白抑制剂的机制 转运蛋白抑制剂可通过多种机制发挥作用： ·底物结合位点竞争：底物类似物与底物结合位点结合，阻止跨膜转运，“堵塞管道”。例如，舍曲林和氟西汀均能有效结合5-羟色胺转运蛋白细胞外腔的内端，但它们与天然配体占据不同的结合位点。 ·变构抑制：通过与转运蛋白上的变构位点结合，阻止转运蛋白产生转运天然底物需要的构象变化。 ·别构调节：一些抑制剂结合到转运蛋白的不同位点，导致构象变化，从而抑制转运。 图7. (a)亮氨酸转运蛋白与舍曲林，全酶(左)和结合位点近端图(右)(RCSB 3GWU)；(b)亮氨酸转运蛋白与R-氟西汀，全酶(左)和结合位点近端图(右)(RCSB 3 GWV)。 3.3 具体药物靶点案例 1) 5-羟色胺转运蛋白(SERT) 5-羟色胺转运蛋白是治疗多种精神疾病的靶点，包括注意力缺失多动症、强迫症、精神分裂症和抑郁症。选择性5-羟色胺再摄取抑制剂(SSRIs)，如氟西汀、西酞普兰和舍曲林，通过抑制5-羟色胺转运蛋白介导的突触前神经末梢细胞对5-羟色胺的转运，增加突触间隙中的5-羟色胺浓度，作用于突触后细胞的5-羟色胺受体，最终引起5-羟色胺受体表达的下调。 研究表明，舍曲林和氟西汀在细菌亮氨酸转运蛋白(Leucine transporter，LeuT)中的结合位点不同于底物亮氨酸，表明虽然选择性5-羟色胺再摄取抑制剂在转运腔中结合，但它们与天然配体占据不同的结合位点。 2) 去甲肾上腺素转运蛋白(NET) NET是治疗抑郁症的重要靶点，清华大学的研究团队利用冷冻电镜技术成功解析了人源NET蛋白的八个高分辨率结构，包括天然状态、结合底物(NE、DA)和四种常用上市抗抑郁药物(托莫西汀等)。SERT和NET抑制剂可阻断5-HT和NE的重摄取，提高突触间隙单胺递质水平，从而发挥抗抑郁效应。 3) P糖蛋白(P-gp) P糖蛋白是ABC转运蛋白家族中特别重要的亚类，是最常见的保护细胞免受有毒物质和异物影响的"分子泵"。与大多数转运蛋白不同，P糖蛋白能够与许多化合物相互作用，并且是药物研发中的重点。如果潜在的候选药物是P糖蛋白的底物，P糖蛋白会迅速将其外排，造成其无法达到预期的靶标。此外，P糖蛋白也是引起癌症多药耐药的主要原因之一。 4) 单羧酸转运蛋白(MCTs) 人单羧酸转运体(MCTs)对肿瘤细胞糖酵解至关重要，抑制MCT介导的乳酸转运可以抑制实体瘤的增殖，提高免疫系统对肿瘤的免疫效能。天津大学叶升课题组的研究提出了人单羧酸转运蛋白的转运机制及药物发现，确定水飞蓟宾是一种选择性MCT1抑制剂，对MCT1高表达的肿瘤细胞有明显的抑制作用。 5) 核黄素转运蛋白(RFVT3) 核黄素转运蛋白对于细胞代谢和能量产生至关重要，清华大学药学院陈立功团队的研究明确了核黄素在转运蛋白中的结合位点及关键相互作用残基，发现了RFVT3中两个酸性残基D119和E145决定其pH依赖性活性的重要机制。 6) 维生素B2转运蛋白SLC22A14 SLC22A14是精子特异性表达的转运蛋白，可以潜在地应用到以控制精子代谢为靶标的男性避孕药的开发；同时，对SLC22A14的研究可为临床男性不育诊治提供理论依据。 7) 钠-葡萄糖协同转运蛋白2(SGLT2) SGLT2是治疗2型糖尿病的新型药物靶点，SGLT2抑制剂通过降低肾小管对葡萄糖的重吸收，增加尿糖排泄，从而降低血糖水平。此外，研究表明SGLT2抑制剂还具有心血管和肾脏保护作用。 8) 甘氨酸转运蛋白GlyT1 GlyT1与NMDA受体高度共定位，抑制GlyT1可以提高突触间隙的甘氨酸浓度，促进NMDA受体激活。因此，GlyT1被认为是治疗精神分裂症的关键靶点之一。 9) 囊泡单胺转运蛋白VMAT2 VMAT2是治疗高血压、亨廷顿舞蹈症等运动障碍、精神性焦虑的药物靶点。临床上，VMATs已经被作为高血压、亨廷顿氏舞蹈症等运动障碍、精神性焦虑以及精神性兴奋剂滥用的潜在治疗靶点。 04 转运蛋白药物靶点的最新研究进展 4.1 转运蛋白结构解析的突破 转运蛋白结构的解析为理解其功能和开发新的药物靶点提供了重要基础。清华大学药学院陈立功团队在《Nature Reviews Drug Discovery》和《Nature Communications》上发表的综述文章指出，溶质转运蛋白和ABC转运蛋白是细胞膜上的两个转运蛋白超家族，其中SLC转运蛋白主要介导各种溶质（如葡萄糖、氨基酸和脂类）的膜运输并维持细胞内环境稳定。 4.2 转运蛋白在肿瘤治疗中的应用 人类核黄素转运蛋白在许多癌细胞中过量表达，使其成为微生物药物靶向递送治疗肿瘤的理想靶点。此外，人单羧酸转运体(MCTs)对肿瘤细胞糖酵解至关重要，抑制MCT介导的乳酸转运可以抑制实体瘤的增殖，提高免疫系统对肿瘤的免疫效能。 4.3 转运蛋白在代谢性疾病中的应用 SLC转运蛋白与多种代谢性疾病相关，包括胰岛素抵抗、II型糖尿病、高血压、慢性肾病、痛风、哮喘、炎症性肠病、癌症、痴呆和焦虑症等。SGLT2抑制剂除了能降低血糖之外，还显示出了明显的心血管获益作用。 4.4转运蛋白在神经系统疾病中的应用 清华大学药学院陈立功课题组的研究表明，调控转运蛋白的功能可以辅助药物在大脑的运输过程，促进药物更好地进入血脑屏障以及转入靶细胞，因此，转运蛋白在脑内的作用和调控受到越来越多研究人员的关注。 05 转运蛋白药物开发的挑战与前景 5.1 转运蛋白药物开发的挑战 ·选择性问题：许多转运蛋白在结构上相似，开发高选择性的抑制剂是一个挑战。例如，可卡因通过阻断突触前细胞中的多巴胺转运蛋白发挥作用，但其结合位点与天然底物多巴胺的结合位点重叠，可能导致副作用。 ·多药耐药性：P糖蛋白等转运蛋白可能导致药物被外排，造成药物无法达到预期的靶标，这是癌症治疗中的一个主要挑战。 ·转运蛋白的变构调节：转运蛋白的变构调节机制复杂，理解这些机制对于开发新型药物至关重要。 5.2 转运蛋白药物开发的前景 ·新型转运蛋白抑制剂：如阿姆西汀是一种新型药物，对人源的5-HT转运蛋白和NE转运蛋白均有高亲和力结合，可同时抑制5-HT和NE的重摄取，其重摄取抑制作用强于DLX。 ·转运蛋白在肿瘤治疗中的应用：人类核黄素转运蛋白在许多癌细胞中过量表达，使其成为微生物药物靶向递送治疗肿瘤的理想靶点。 ·转运蛋白在代谢性疾病中的应用：SGLT2抑制剂不仅用于治疗2型糖尿病，还显示出心血管和肾脏保护作用。 ·转运蛋白在神经系统疾病中的应用：通过调控转运蛋白的功能，可以辅助药物在大脑的运输过程，促进药物更好地进入血脑屏障以及转入靶细胞。 06 结论 转运蛋白作为细胞膜上的关键分子通道，在维持细胞内外物质平衡方面发挥着不可替代的作用。从药物发现的角度来看，转运蛋白已成为多种疾病的潜在治疗靶点，包括精神疾病、代谢紊乱、心血管疾病和癌症等。通过抑制转运蛋白的功能，可以改变多种生物活性，从而达到治疗疾病的目的。 随着结构生物学技术的发展，转运蛋白的结构解析取得了重要进展，为理解其分子机制提供了重要基础。同时，转运蛋白抑制剂的研究也取得了显著成果，如选择性5-HT再摄取抑制剂(SSRIs)用于治疗抑郁症，SGLT2抑制剂用于治疗2型糖尿病等。 然而，转运蛋白药物开发仍面临一些挑战，如选择性问题、多药耐药性和变构调节机制的复杂性等。未来，随着对转运蛋白结构和功能的深入理解，以及新型药物设计技术的发展，转运蛋白药物开发将迎来更加广阔的前景。 参考文献 1. 《药物研发基本原理》第2版，〔美〕本杰明·E. 布拉斯，科学出版社 2. 基于SLC转运蛋白的代谢药理学和潜在药物靶点发现. https://imib.fudan.edu.cn/c9/c2/c22760a707010/page.htm. 3. 钠-葡萄糖协同转运蛋白2抑制剂的心血管获益机制探讨. https://www.whuhzzs.com/data/article/lcxxg/preview/pdf/20211202.pdf. 4. 单胺转运蛋白与单胺重摄取抑制剂研究进展. https://yyws.alljournals.cn/ 5. 其它信息源于网络搜索 二、新药研发(08):经典靶点--核受体 01 引言 核受体作为药物发现领域的重要靶点，已成为连接细胞外信号与基因调控的关键分子开关。这些可溶性蛋白能够与特定配体结合并直接与DNA相互作用，从而调节基因表达，影响细胞的分化、增殖和代谢等多个关键过程。与膜结合的G蛋白偶联受体(GPCR)不同，核受体通过独特的分子机制将胞外信号转化为基因表达变化，使其成为药物开发的理想靶点。本文将深入探讨核受体的分类、结构特征、信号传导机制以及在药物发现中的应用，为理解这一重要靶点提供全面视角。 02 核受体的分类与功能 目前，已鉴定出48种核受体，可分为内分泌核受体(endocrine nuclear receptor)、孤儿核受体(orphan nuclear receptor)和“被领养的”(adopted)核受体(adopted nuclear receptor)。 2.1内分泌核受体 内分泌核受体是具有明确天然配体的一类核受体，包括12种不同类型的受体，包括一些广为人知的受体，如雌激素受体(estrogen receptor，ERα和ERβ)、雄激素受体(androgen receptor)和糖皮质激素受体(glucocorticoid receptor，GR)。这些受体对激素如雌激素、雄激素和糖皮质激素作出反应，调节多种生物学过程，包括生殖、代谢和免疫。 糖皮质激素受体(GR)是一种参与人体生理病理等多方面的配体激活转录因子，调节多种重要基因的表达。作为核受体，GR通过与糖皮质激素结合后向核内转位，激活下游基因的转录，从而发挥抗炎、抗血管生成和激素调节等多种作用，对肿瘤的增殖、侵袭和转移等过程产生影响。 2.2孤儿核受体 孤儿核受体是一类尚未发现天然配体的核受体，是体现核受体结构特征的基因产物。这些核受体在没有任何假设配体关联知识的情况下被鉴定，即使在后续鉴定出特定配体后仍属于这一类别。孤儿核受体包括睾丸受体2(testicular receptor 2)、神经元衍生孤儿受体1(neuron-derived orphan receptor 1)、感光细胞特异性核受体(photoreceptor cell-specific nuclear receptor)以及另外7个成员。 这些孤儿核受体在能量需求生理过程中发挥作用，以及在发育和干细胞维持中发挥作用。例如，雌激素相关受体(Errα/β/γ)作为孤儿核受体，其激活靶基因的机制在很大程度上尚未明确。 2.3 "被领养的"核受体 "被领养的"核受体是指那些最初被认为是孤儿受体，但随后通过研究发现了其天然配体的核受体。这类核受体包括肝脏X受体(liver X receptor，LXRα和LXRβ)、孕烷X受体(pregnane X receptor)和过氧化物酶体增殖物激活受体(peroxisome proliferator-activated receptor，PPARα、PPARβδ/d和PPARγ)。 以肝脏X受体(Farnesoid X受体，FXR)为例，它属于核受体超家族的一员，在胆汁酸、三酰甘油、葡萄糖等的动态平衡中发挥重要作用，FXR拮抗剂可通过提高胆固醇7α羟化酶(CYP7A1)的活性而促进总胆固醇的降低。 03 核受体的结构特征 核受体作为一种可溶性蛋白质，其结构特征使其能够发挥独特的生物学功能。这些可溶性受体大多数包含两个关键作用区域，即配体结合域(Ligand-binding domain，LBD)和DNA结合域(DNA-binding domain，DBD)，并通过一个铰链区连接。 3.1 DNA结合域(DBD) DBD通常包含两个锌指基序和三个α螺旋，是核受体中保守程度最高的区域，通常由大约70个氨基酸组成。DBD与DNA的相互作用发生在一个被称为激素反应元件(hormone response element，HRE)的区域。在大多数核受体中，DBD前含有一个大小不定(可多达500个氨基酸)的无序N端结构域，该结构域包含一个被称为活性功能-1(activity function-1，AF-1)结构域的区域，核受体的这个区域能够以配体非依赖的方式诱导转录激活。 3.2 配体结合域(LBD) LBD是核受体结构中最为关键的部分，通常包含12个α螺旋，围绕在由螺旋3、螺旋7和螺旋10形成的中心疏水配体结合口袋周围。这一口袋最大可达到1500Å，但其大小和形状是高度诱导的。LBD中的最后一个α螺旋包括一个被称为活性功能-2(activity function-2，AF-2)结构域的区域。和AF-1结构域一样，AF-2结构域也能诱导转录激活，但这种活性具有配体依赖性。 由于LBD在核受体功能中的关键作用，它成为了设计改变核受体功能药物的主要靶点。例如，醋酸巴多昔芬是一种新型的选择性雌激素受体调节剂(SERM)，对雌激素受体具有选择性的调节作用。它在身体的某些组织具有雌激素受体激动作用，在人体骨骼具有和雌激素相同的作用。 图1.　雌二醇与雌激素受体配体结合域的结合示意图(RCSB 1ERE)。A. 俯视图；B.侧视图。 3.3 铰链区 DBD通过一个大小可变的铰链区与核受体的另一主要部分——LBD相连。在某些情况下，该铰链区包含能够与DNA小凹槽结合的序列。这种结构安排使得核受体能够通过不同的构象变化来响应配体结合，从而实现复杂的信号转导功能。 04 核受体信号通路 核受体发挥生物学作用的途径主要有两种，这些途径在不同的核受体中可能有所差异，但基本机制是相似的。 4.1 受体二聚化途径 在第一种途径中，配体(激素或人工合成配体)进入细胞，与连接在分子伴侣(如热激蛋白)上的核受体结合。配体与受体结合引起构象变化，进而引起核受体-配体复合物从分子伴侣上解离。随后，核受体-配体复合物形成更大的二聚体复合物进入细胞核中。一旦入核，二聚核受体-配体复合物与RNA聚合酶和共激活蛋白相结合，这个更大的复合物结合到目标DNA的一个HRE上。最后合成mRNA，并将其从细胞核运送到细胞质。mRNA与核糖体相遇后启动蛋白的合成，从而影响细胞功能。 以糖皮质激素受体为例，糖皮质激素发挥治疗作用以及产生不良反应主要是通过糖皮质激素受体(glucocorticoid receptor，GR)信号通路实现的。当糖皮质激素与GR结合后，GR会向核内转位，激活下游基因的转录。 图2.　在没有配体存在的情况下，核受体与分子伴侣结合。而在配体存在时，配体结合会导致该复合物解离并使NR-配体复合物二聚化。随后，二聚化的NR-配体复合物进入细胞核，与共激活蛋白、RNA聚合酶和目标DNA的激素反应元件(HRE)相互作用，促使相关mRNA的合成。随后，mRNA被运输至细胞核外，进入细胞质。最后，mRNA与核糖体作用生成相关的蛋白，从而改变细胞功能。 4.2 共阻遏蛋白释放途径 在第二种途径中，核受体与目标DNA相关联，但其招募RNA聚合酶和共激活蛋白的能力被共阻遏蛋白抑制。当配体进入细胞后，直接穿过细胞质进入细胞核，与结合在DNA上的核受体-共阻遏蛋白复合物相遇。配体与核受体结合引起构象变化，导致共阻遏物从核受体上解离。 这种与第一种途径相同的构象变化也允许核受体-配体复合物将RNA聚合酶和共激活蛋白招募至目标DNA的HRE区域。随后，mRNA被合成、运送至细胞质，合成核糖体蛋白，从而改变细胞功能。 图3.　核受体与目标DNA及抑制mRNA合成的共阻遏物的结合。配体进入细胞后，不需要伴侣蛋白的帮助即可进入细胞核，并与NR-共阻遏物-DNA复合物相遇。配体与NR结合引起复合物的构象变化，从而导致共阻遏蛋白释放并募集RNA聚合酶和共激活蛋白。随后启动mRNA的合成，并将mRNA输出至细胞质，在核糖体的作用下合成蛋白，从而引起细胞活性的改变。 4.3 非经典信号通路 除了上述两种主要的信号通路外，一些核受体还参与非经典的信号传导。例如，雌激素受体(ER)信号通路是一种复杂的信号传导网络，负责转导雌激素(如17β-雌二醇)的信号，调节细胞的生长、分化、存活和代谢。在"膜"途径中，雌激素可通过质膜上的ER亚群(mER)或新型G蛋白偶联的E2受体(GPER)发挥其作用。在激活这些受体后，各种信号传导途径(即Ca2+，cAMP，蛋白激酶级联反应)被快速激活。 05 核受体活性的调节 虽然核受体途径非常复杂，但作用于这些途径的治疗药物可大致分为两大类：激动剂和拮抗剂。 5.1 激动剂 与GPCR类似，激动剂通过与核受体结合模拟天然配体来产生相同的生物化学反应。饱和浓度的天然配体对核受体的反应被认为是最大响应(100%活性)，通常以与核受体结合的能力和引发生化反应的能力来评估潜在的候选药物。能引起与天然配体作用相同细胞反应的化合物属于完全激动剂，而引起的反应低于天然配体的化合物被称为部分激动剂。 糖皮质激素受体激动剂 地塞米松是一种糖皮质激素受体激动剂，于1958年作为抗炎药物进入临床。与大多数皮质类固醇一样，地塞米松的作用机制非常复杂，能作用于多个药物靶点，但其关键的抗炎特性是作为配体结合糖皮质激素受体调节剂(激动剂)的结果。 地塞米松通过多种机制发挥抗炎作用，包括诱导胸腺、脾脏、淋巴结细胞的凋亡，从而减少淋巴细胞、抗体和细胞因子的生成；抑制巨噬细胞内的消化和杀菌功能；以及抑制NF-κB的激活，下调TNF-α mRNA表达。 地塞米松与糖皮质激素受体结合位点的X射线晶体结构(RCSB：4UDCM)揭示了其与受体的精确结合模式，为理解其作用机制提供了结构基础。 图5.　地塞米松与糖皮质激素受体结合位点的X射线晶体示意图(RCSB：4UDCM)。 选择性雌激素受体调节剂(SERM) 选择性雌激素受体调节剂(SERM)如他莫昔芬和巴多昔芬是雌激素受体靶向药物的重要代表。他莫昔芬通过与雌激素在靶细胞内竞争雌激素受体，减少雌激素受体含量，同时阻断雌激素进入癌细胞，影响DNA合成及核分裂，从而使激素依赖性癌细胞生长停止。他莫昔芬最初于1962年被制备，并于1977年被批准用于转移性乳腺癌的治疗，但当时雌激素受体具体的作用机制尚不清楚(雌激素受体的作用机制直至1996年才被发现)。 巴多昔芬是一种新型的选择性雌激素受体调节剂(SERM)，对雌激素受体具有选择性的调节作用。它在身体的某些组织具有雌激素受体激动作用，在人体骨骼具有和雌激素相同的作用。巴多昔芬作为复方药物Duavee®的一部分，于2013年获FDA批准用于预防绝经后的骨质疏松症。 图5.A.地塞米松，一种糖皮质激素受体激动剂；B.他莫昔芬，选择性雌激素受体调节剂；C.巴多昔芬，选择性雌激素受体调节剂；D. 米非司酮，糖皮质激素和孕酮受体拮抗剂。 5.2 拮抗剂 拮抗剂可以与核受体结合，但不会引起相应的生化反应。与GPCR拮抗剂类似，在没有天然配体的情况下，核受体拮抗剂对细胞活性没有影响。然而，当存在天然配体时，拮抗剂的存在可阻碍天然配体对核受体通路的激活。拮抗剂与天然配体竞争核受体结合位点，从而阻碍了相关生化途径的激活。 米非司酮 米非司酮(mifepristone)，也被称为RU-486，最初于1980年在开发新型GR拮抗剂时被发现。这种口服人工流产药物的使用引起了全球许多地区的争议，虽然这一争议至今未停息，但这一药物也作为重要药物被列入世界卫生组织(WHO)的基本药物清单。 米非司酮是一种分子水平的孕酮受体(PR)拮抗剂，它和PR结合而阻断孕酮(P)发挥生理作用。米非司酮为分子水平的孕酮受体(PR)拮抗剂，它和PR结合而阻断孕酮(P)发挥生理作用。 米非司酮通过作用于蜕膜，导致出血和体内HCG水平急剧下降，继而引起黄体溶解，降低体内孕激素和雌二醇水平。蜕膜变性又可引起内源性米非司酮可作用于蜕膜，导致出血和体内HCG水平急剧下降，继而引起黄体溶解，降低体内孕激素和雌二醇水平。米非司酮还具有抗肿瘤作用，其机制与拮抗孕激素、诱导细胞凋亡、逆转肿瘤耐药性、影响血管生成等作用有关。 米非司酮与糖皮质激素受体结合位点的X射线晶体结构(RCSB：1NHZ)揭示了其与受体的精确结合模式，为理解其拮抗机制提供了结构基础。 图6.　米非司酮与糖皮质激素受体结合位点的X射线晶体示意图(RCSB：1NHZ)。 06 核受体在药物发现中的应用 6.1 核受体作为药物靶点的历史 核受体作为药物靶点的历史可以追溯到几十年前，一些在现代核受体概念发展起来之前就已被作为有效的疗法，例如，GR激动剂地塞米松于1958年作为抗炎药物进入临床。同样，选择性雌激素受体调节剂(SERM)他莫昔芬最初于1962年被制备，并于1977年被批准用于转移性乳腺癌的治疗，但当时雌激素受体具体的作用机制尚不清楚。 随着对核受体结构和功能的深入了解，越来越多的靶向核受体的药物被开发出来。目前，已鉴定出48种核受体，其中许多已被用于药物开发。 6.2 计算机辅助药物设计在核受体药物发现中的应用 计算机辅助药物设计(CADD)技术在核受体药物发现中发挥着重要作用，CADD技术除了在机制探索方面被广泛应用，在寻找靶标新位点、新母核方面也具有独特的优势。靶标新位点的发现、鉴定以及全新分子的发现，通常计算机辅助药物设计技术在雄激素受体动态机制探讨和药物发现中发挥着重要作用。 6.3 核受体药物筛选平台 爱思益普已构建大量基于细胞的核受体检测平台，用以评估候选药物对核受体活性的影响。这些平台包括荧光素酶报告基因检测核受体、UAS/GAL4 reporter genes和ARE1/reporter genes等，这些平台为核受体药物的筛选和开发提供了重要的工具。 6.4 核受体药物在疾病治疗中的应用 糖皮质激素受体激动剂在炎症和免疫疾病中的应用 地塞米松作为一种糖皮质激素受体激动剂，被广泛用于各种炎症和免疫疾病的治疗。地塞米松通过与糖皮质激素受体结合而介导多种信号通路，从而发挥抗炎、抗血管生成和激素调节等多种作用，对肿瘤的增殖、侵袭和转移等过程产生影响。 选择性雌激素受体调节剂在乳腺癌和骨质疏松中的应用 他莫昔芬作为一种选择性雌激素受体调节剂(SERM)，被广泛用于乳腺癌的治疗。他莫昔芬可阻断雌激素的作用，雌激素是一种生殖激素，会影响许多乳腺癌的生长和发育。 巴多昔芬作为另一种选择性雌激素受体调节剂(SERM)，被用于预防绝经后的骨质疏松症。巴多昔芬在身体的某些组织具有雌激素受体激动作用，在人体骨骼具有和雌激素相同的作用。 雷洛昔芬可抑制骨质吸收并降低椎骨骨折风险，是首选的SERM，因为该药有8年的安全性和有效性数据。 PPAR激动剂在代谢疾病中的应用 PPARγ激动剂是一类重要的药物，用于治疗2型糖尿病和代谢综合征。PPARγ agonist 14 (compound 3) 是一种PPARy激动剂(EC50=2.4 μM)，具有抗糖尿病活性。它能改善细胞内葡萄糖摄入，促进胰岛素释放，降低血糖。 西格列他钠是全球首个获批治疗2型糖尿病的PPAR全激动剂，其适度激活体内α、γ和δ三个功能不同分别调控糖、脂及能量代谢的PPAR受体亚型，并选择性地改变一系列。 PPAR-γ激动剂不仅在糖尿病治疗中显示出疗效，还在预防脑卒中或短暂性脑缺血方面显示出潜力。与安慰剂片剂相比，PPAR-γ激动剂可减少复发性脑卒中和其他血管疾病，改善人体对胰岛素的反应，并稳定动脉壁中的脂肪沉积。这些药物似乎也耐受性良好。 6.5 核受体药物的最新进展 FXR拮抗剂在代谢疾病中的应用 上海药物所徐华强课题组合作解析了糖皮质激素与GPR97和Go蛋白复合物的结构，揭示了核受体的配体结合域的结构特征。GR配体结合域(GR-LBD)的第一个结构于2002年发表在Cell杂志上。根据这个模型，两个GR-LBD分子结合形成一个二聚体，其构象在核受体中从未被描述过。 华美生物的研究发现，法尼醇X受体(FXR)拮抗剂可通过提高胆固醇7α羟化酶(CYP7A1)的活性而促进总胆固醇的降低。这一发现为开发新型代谢疾病治疗药物提供了新的思路。 GLP-1受体激动剂在中枢神经系统中的应用 朱英杰团队的研究揭示了GLP-1受体激动剂的全新中枢作用靶点。通过设计一系列实验，发现LS脑区的GLP-1R阳性神经元(LSGLP-1R神经元)在利拉鲁肽局部或系统给药后都被显著激活，这一发现为GLP-1受体激动剂在神经精神疾病治疗中的应用提供了新的视角。 抗磷酸化糖皮质激素受体抗体在炎症性疾病中的应用 抗磷酸化糖皮质激素受体抗体(抗pSer287 GR)是一种靶向磷酸化糖皮质激素受体的抗体。GR由几个保守的结构元件组成，包括羧基末端配体结合域(包含对受体二聚化和激素依赖性基因转激活至关重要的残基)、包含核定位信号的邻近铰链区、中心含锌指的DNA结合域。 07 核受体药物开发的挑战与前景 7.1核受体药物开发的挑战 特异性与选择性 核受体家族成员在结构和功能上存在相似性，这使得开发高特异性、高选择性的核受体药物面临挑战。例如，一些核受体拮抗剂可能同时影响多个受体亚型，导致不良反应。 药物耐受性与副作用 一些核受体药物在长期使用过程中可能出现耐受性，降低治疗效果。此外，一些核受体药物可能产生严重的副作用，如糖皮质激素受体激动剂可能导致库欣综合征、骨质疏松等。 受体变构与突变 核受体的结构可塑性可能导致药物结合位点的改变，影响药物的疗效。此外，核受体的突变可能改变其功能特性，影响药物的疗效。 7.2核受体药物开发的前景 基于结构的药物设计 随着核受体结构解析技术的发展，基于结构的药物设计为开发新型核受体药物提供了新的机会。例如，地塞米松与糖皮质激素受体结合位点的X射线晶体结构(RCSB：4UDCM)和米非司酮与糖皮质激素受体结合位点的X射线晶体结构(RCSB：1NHZ)为理解药物与受体的相互作用提供了重要信息。 人工智能在核受体药物发现中的应用 人工智能技术在核受体药物发现中的应用，如机器学习、深度学习等，可能加速新药研发过程，降低研发成本。这些技术可以帮助预测核受体与配体的结合模式，筛选潜在的药物候选物，优化药物的药代动力学特性等。 个性化医疗 随着基因组学、蛋白质组学等技术的发展，个性化医疗在核受体药物治疗中的应用可能提高治疗效果，减少不良反应。例如，通过检测患者核受体的基因型，可以预测其对特定药物的反应，从而选择最合适的治疗方案。 08 结论 核受体作为药物发现领域的重要靶点，已经为多种疾病提供了有效的治疗方案。从经典的糖皮质激素受体激动剂地塞米松到选择性雌激素受体调节剂他莫昔芬，从PPARγ激动剂到FXR拮抗剂，核受体药物在炎症、免疫、代谢、肿瘤等领域显示出巨大的潜力。 随着对核受体结构和功能的深入了解，以及新药研发技术的不断进步，核受体药物的开发将面临新的机遇和挑战。基于结构的药物设计、人工智能技术、个性化医疗等将为核受体药物的研发提供新的思路和方法。未来，随着对核受体信号通路的深入研究，以及新型核受体药物的不断涌现，核受体在药物发现中的应用将更加广泛，为更多疾病提供有效的治疗方案。 参考文献 1. 《药物研发基本原理》第2版，〔美〕本杰明·E. 布拉斯，科学出版社 2. 核受体药物筛选. https://www.medchemexpress.cn/nuclear-receptor-service.html. 3. 计算机辅助药物设计技术在雄激素受体动态机制探讨和药物发现. https://pps.cpu.edu.cn/cn/article/pdf/preview/10.20053/j.issn1001-5094.2023.08.002.pdf. 4. 地塞米松应用于肿瘤治疗的研究进展. https://html.rhhz.net/YXXB/html/20151003.htm. 三、新药研发(09):经典靶点一--生物分子相互作用(蛋白/蛋白、蛋自/DNA、蛋自/RNA) 01 引言 药物研发领域长期以来主要关注传统的药物靶点，如酶、G蛋白偶联受体(GPCR)、离子通道、转运体和核受体。这些靶点由于其相对明确的活性位点和与小分子配体的相互作用模式，长期以来一直是药物设计的焦点。然而，随着对生物系统复杂性的认识不断深入，科学家们开始关注一类更为复杂的药物靶点：生物分子之间的相互作用，包括蛋白/蛋白、蛋白/DNA和蛋白/RNA相互作用。这些相互作用在维持生命必需的生化过程中扮演着至关重要的角色，它们的失调与各种疾病状态密切相关，因此成为药物发现的前沿领域。 生物分子相互作用的复杂性远超传统药物靶点，与简单的底物-酶或配体-受体相互作用不同，这些相互作用通常涉及多个接触点、复杂的构象变化和多层次的调控机制。这种复杂性既是挑战也是机遇——虽然开发能够调节这些相互作用的药物分子更具技术难度，但成功的药物可能具有更高的特异性和更少的脱靶效应，从而带来更好的治疗效果和安全性。 在生物体内，几乎所有的生理过程都依赖于各种生物分子之间的精密相互作用。从细胞信号传导到基因表达调控，从蛋白质合成到代谢过程，这些相互作用构成了细胞功能的基础。当这些相互作用出现紊乱时，可能导致各种病理状态，包括癌症、自身免疫性疾病、神经退行性疾病和心血管疾病等。因此，通过药物干预来调节这些关键的生物分子相互作用，有望为多种疾病提供新的治疗策略。 尽管生物分子相互作用作为药物靶点具有巨大的潜力，但这一领域的发展面临着诸多挑战。与传统的药物靶点相比，生物分子相互作用界面通常较大且较为平坦(～ 1000-2000Å2)，缺乏明显的口袋或裂缝来容纳小分子配体。此外，由于这些相互作用通常涉及多个接触点，设计能够特异性地调节这些相互作用的药物分子需要对分子结构和动力学有深入的理解。这些挑战导致了生物分子相互作用长期以来被认为是"无成药性"的靶点，限制了该领域的药物开发进展。 然而，随着分子生物学、结构生物学和计算化学等领域的快速发展，科学家们逐渐认识到生物分子相互作用中存在被称为"热点"的关键区域，这些区域在相互作用中起着决定性的作用。通过识别和靶向这些热点，研究人员开始开发能够调节生物分子相互作用的药物分子，从而为多种疾病提供了新的治疗策略。近年来，多个靶向生物分子相互作用的药物已经获得批准，证明了这一领域的可行性。 本文将深入探讨药物发现中的经典靶点——生物分子相互作用，包括蛋白/蛋白、蛋白/DNA和蛋白/RNA相互作用，并讨论这些相互作用在疾病中的重要性，开发靶向这些相互作用药物所面临的挑战，以及该领域的最新进展和未来前景。通过理解这些复杂的生物分子相互作用及其在药物发现中的潜力，有望为多种疾病开发出更有效、更安全的治疗策略。 02 生物分子相互作用的"热点"类型 在生物分子相互作用面中，有三种类型的"热点"已经成为潜在的药物开发靶点。这些热点是生物分子相互作用界面中对结合能贡献最大的关键区域，通过靶向这些热点，研究人员有望开发出能够有效调节生物分子相互作用的药物分子。这些热点类型的识别和靶向为药物发现提供了新的策略和方向，也为多种疾病的治疗提供了新的可能性。 2.1 线性序列热点 第一种类型的热点是线性序列热点，即两个结合配体中的一个只提供一个小的线性序列，最小的只有1-4个氨基酸。在这些相互作用中，一个分子通常通过其特定的线性序列与另一个分子的结合口袋或沟槽相结合，从而形成稳定的复合物。通过设计能够模拟或阻断这一线性序列的化合物，研究人员有望开发出能够调节这些相互作用的药物分子。 血小板聚集和凝血块形成需要的整合素αⅡβ3和纤维蛋白原之间的相互作用就是典型的实例，在这两种分子的相互作用中，纤维蛋白的一个三肽序列[Arg-Gly-Asp(RGD)]起着关键作用。这一序列能够特异性地结合整合素αⅡβ3，形成稳定的复合物，从而促进血小板聚集和凝血块形成。抗血小板药物替罗非班(tirofiban，Aggrastat®)就是该序列的拟似物，通过模拟RGD序列来阻断纤维蛋白原与整合素αⅡβ3的相互作用，从而抑制血小板聚集和凝血块形成。替罗非班是临床最先批准的特异性靶向生物分子相互作用的药物之一，它的成功证明了靶向生物分子相互作用热点的可行性。 图1.　替罗非班(A)与糖蛋白Ⅱβ/ Ⅱ α(B)结合，通过模拟三肽序列阻止其与纤维蛋白原结合(RCSB：2VDM)。 另一个实例是凋亡抑制蛋白(IAP)与第二线粒体源半胱天冬氨酸蛋白酶激活物(second mitochondrial activator of caspases，Smac)的相互作用，在这两种分子的相互作用中，Smac上的四肽结合基元(Ala-Val-Pro-Ile)对结合起主要作用。IAP通过其BIR结构域特异性地识别并结合Smac上的四肽序列，从而抑制Smac诱导的细胞凋亡。一些研究团队已经开发出模拟这一四肽序列的化合物，作为新的治疗策略。通过阻断IAP与Smac的相互作用，这些化合物可以释放Smac的功能，从而诱导细胞凋亡，特别是在分裂失控、快速生长的细胞(如癌症)中，这可能是一种有效的治疗策略。 2.2 单一二级结构热点 第二种类型的热点是单一二级结构热点，即两个相互作用的生物分子的其中一个结合面是由单一的二级结构组成的，如α螺旋或β折叠，其与另一个相互作用分子上的特定沟槽相结合。在这些相互作用中，一个分子的特定二级结构能够特异性地插入另一个分子的沟槽或口袋中，从而形成稳定的复合物。通过设计能够模拟或阻断这一二级结构的化合物，研究人员有望开发出能够调节这些相互作用的药物分子。 凋亡调节蛋白中的B细胞淋巴瘤因子-2(BCL-2)和BCL-2相关X蛋白(BAX)的相互作用就是典型的实例，在这两种分子的相互作用中，BAX的α螺旋与BCL-2表面沟槽的相互作用是主要驱动力。BCL-2通过其沟槽特异性地结合BAX的α螺旋，从而抑制BAX的功能和细胞凋亡的发生。一些研究团队已经成功发现了能够靶向α螺旋结合位点的类药小分子，例如，抗癌药物Navitoclax(ABT-263)已经开展了多个临床试验进行研究，通过阻断BCL-2与BAX的相互作用，Navitoclax可以释放BAX的功能，从而诱导细胞凋亡，特别是在分裂失控、快速生长的细胞(如癌症)中，这可能是一种有效的治疗策略。 图2.　纳维托克(navitoclax，ABT-263，A)通过模拟BCL-2的结合伴侣BAX上的α螺旋结构(B)与BCL-2 相结合(C，RCSB：4MAN)。 2.3 双分子复合热点 第三种类型的热点是双分子复合热点，即两种结合配体都需要有球形或宽阔的结合面。这种类型的热点是三种类型中最复杂的，涉及两个分子的多个接触点和复杂的相互作用网络。在这些相互作用中，两个分子通过多个接触点形成稳定的复合物，这些接触点共同贡献于整体的结合能。由于其复杂性，开发靶向这种类型热点的药物分子面临着更大的挑战。 白细胞介素17A(IL-17A)与其受体(IL-17R)之间的相互作用就是这种类型的典型实例。在这两种分子的相互作用中，IL-17A和IL-17R都需要有球形或宽阔的结合面，通过多个接触点形成稳定的复合物。研发靶向这类"热点"的化合物十分困难，因为需要同时考虑多个接触点和复杂的相互作用网络。迄今为止，还没有特异性靶向此类"热点"的药物获批上市。 图3.A. IL-17A与IL-17受体结合；B.结合区域放大图(RCSB：4HSA)。 2.4 其它类型热点 除了这些主要的热点类型外，还存在一些特殊类型的热点，如模体热点、构象热点和变构热点等。 ·模体热点是指特定的蛋白质模体(如SH2、PTB和PDZ等)在相互作用中起关键作用的热点，这些模体通常在多种蛋白质中保守存在，参与多种相互作用，因此靶向这些模体的药物可能具有较广的效应范围。 ·构象热点是指蛋白质构象变化过程中形成的临时性热点，这些热点在特定的构象状态下存在，但在其他状态下可能不存在。 ·变构热点是指远离传统结合口袋的热点，通过影响蛋白质的构象或活性来调节相互作用。 这些不同类型的热点在药物开发中具有不同的特点和挑战，线性序列热点和单一二级结构热点相对较为简单，更容易被小分子模拟或阻断。因此，靶向这些热点的药物开发相对较为成功，已经有多例药物获得批准或进入临床试验。相比之下，双分子复合热点更为复杂，需要同时考虑多个接触点和复杂的相互作用网络，因此靶向这类热点的药物开发面临着更大的挑战，目前还没有特异性靶向此类热点的药物获批上市。 随着科学技术的进步和创新方法的开发，靶向复杂热点的药物开发也在不断取得进展。例如，通过使用多肽类药物或大分子药物，研究人员能够更好地模拟复杂的相互作用界面，从而靶向双分子复合热点。此外，通过使用计算化学和分子模拟技术，研究人员能够更准确地预测和设计能够调节复杂相互作用的药物分子，从而为靶向复杂热点提供新的策略和工具。 03 稳定生物分子相互作用 在药物发现领域，靶向生物分子相互作用的研究主要集中在阻断两个或多个生物分子的相互作用上，这种策略旨在通过阻止有害的或失调的相互作用来治疗疾病。例如，通过阻断整合素αⅡβ3和纤维蛋白原之间的相互作用，可以抑制血小板聚集和凝血块形成，从而治疗血栓相关疾病。同样，通过阻断IAP与Smac的相互作用，可以释放Smac的功能，从而诱导细胞凋亡，治疗癌症等疾病。 然而，我们应该认识到，稳定生物分子相互作用同样具有重要意义。在某些情况下，增强或稳定特定的生物分子相互作用可能为疾病治疗提供新的策略。例如，在某些疾病中，特定的生物分子相互作用可能过于短暂或不稳定，导致其功能不足或失调。通过稳定这些相互作用，药物分子可以增强其功能或延长其持续时间，从而达到治疗效果。 二萜类分子佛司可林(forskolin，毛喉素)就是一个典型的例子，它通过稳定cAMP/GPCR信号通路中的关键元件——腺苷酸环化酶(adenylyl cyclase，AC)中两个结构域之间的相互作用，增加信号转导过程中cAMP的水平及持续时间，并使第二信使信号增强，这种作用机制展示了稳定生物分子相互作用在药物发现中的潜力和价值。 图4. 毛喉素(A)与腺苷酸环化酶(AC)的C1 和C2结构域(B)相结合。AC是cAMP介导的GPCR信号通路的重要组成部分(RCSB：1CJU)。 腺苷酸环化酶是cAMP介导的GPCR信号通路的重要组成部分，在多种生理过程中起着关键作用。它能够将ATP转化为cAMP，而cAMP作为一种重要的第二信使，能够激活蛋白激酶A(PKA)，从而调控多种细胞功能，包括基因表达、代谢和细胞骨架重排等。在正常情况下，腺苷酸环化酶的两个结构域(通常称为C1和C2)之间的相互作用对其活性和稳定性至关重要。然而，在某些情况下，这种相互作用可能不够稳定，导致腺苷酸环化酶的功能不足或失调。 佛司可林通过与腺苷酸环化酶的C1和C2结构域相结合，稳定了这两个结构域之间的相互作用。这种稳定作用增强了腺苷酸环化酶的活性，使其能够更有效地将ATP转化为cAMP。通过增加细胞内cAMP的水平，佛司可林可以增强PKA的活性，从而调控多种细胞功能。此外，由于佛司可林稳定了腺苷酸环化酶的结构，这种效应可以持续较长时间，从而延长第二信使信号的持续时间，这种作用机制展示了稳定生物分子相互作用在药物发现中的潜力和价值。 免疫抑制剂雷帕霉素(rapamycin，Rapamune®)是另一个例子，它通过稳定多种蛋白之间的相互作用而影响人体免疫系统。雷帕霉素是一种天然产物，最初是从土壤真菌中分离得到的，具有显著的免疫抑制作用，被广泛用于预防器官移植排斥反应。雷帕霉素的免疫抑制作用主要通过稳定多种蛋白之间的相互作用来实现，这一机制展示了稳定生物分子相互作用在药物发现中的潜力和价值。 雷帕霉素通过与FK506结合蛋白(FK506-binding protein，FKBP12)结合生成复合物，然后与FKBP-雷帕霉素相关蛋白(FRAP)结合。这一结合创造了一个跨越两种蛋白的新的相互作用面，并使另外两种蛋白，即蛋白磷酸酶——钙调磷酸酶与被称为哺乳动物雷帕霉素靶蛋白的蛋白激酶相结合，从而产生相互抑制作用。通过抑制钙调磷酸酶和mTOR的催化活性，雷帕霉素可以抑制免疫系统的活性，这也使得雷帕霉素成为预防器官移植排斥反应的重要药物。 图5. A.雷帕霉素结构；B.FK506结合蛋白(FKBP12)和FKBP-雷帕霉素相关蛋白(FRAP)与雷帕霉素结合的示意图；C.FKBP12的结合表面；D.FRAP的结合表面(RCSB：1FAP)。 在雷帕霉素的作用机制中，稳定蛋白之间相互作用是其发挥免疫抑制作用的关键。雷帕霉素首先与FKBP12结合，形成一个复合物，这个复合物随后与FRAP结合，形成一个更大的复合物。在这一过程中，雷帕霉素创造了一个跨越FKBP12和FRAP的新相互作用面，使得这两种蛋白能够更紧密地结合，这种稳定的结合使得钙调磷酸酶和mTOR能够更有效地相互作用并抑制彼此的活性。 钙调磷酸酶是一种丝氨酸/苏氨酸蛋白磷酸酶，能够去磷酸化NFAT(Nuclear Factor of Activated T cells)转录因子，从而促进其转位到细胞核并激活T细胞的活化基因。mTOR是一种丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶，能够调控多种细胞过程，包括蛋白质合成、细胞生长和代谢等。在免疫反应中，mTOR的活性对于T细胞的活化和增殖至关重要。 通过抑制钙调磷酸酶的活性，雷帕霉素可以减少NFAT的去磷酸化，从而抑制其转位到细胞核并激活T细胞的活化基因。通过抑制mTOR的活性，雷帕霉素可以减少蛋白质合成和细胞生长，从而抑制T细胞的增殖。这两种效应共同导致了免疫系统的抑制，使得雷帕霉素成为预防器官移植排斥反应的重要药物。 稳定生物分子相互作用的策略在药物发现中具有多种优势： ·首先，与阻断相互作用的策略相比，稳定相互作用的策略可能具有更高的选择性和更低的脱靶效应。这是因为稳定相互作用通常需要与特定的热点区域形成多个相互作用，这增加了选择性的要求。相比之下，阻断相互作用通常只需要占据一个关键位点，这可能导致更多的脱靶效应。 ·其次，稳定生物分子相互作用的策略可能具有更持久的效应。由于稳定作用通常涉及多个相互作用，这些相互作用可以在较长时间内保持稳定，从而延长药物的效应持续时间。相比之下，阻断相互作用的效应可能较为短暂，因为一旦药物被清除或失活，相互作用可能会迅速恢复。 ·此外，稳定生物分子相互作用的策略可能具有更好的安全性。由于稳定作用通常需要与特定的热点区域形成多个相互作用，这使得药物分子对靶点的选择性更高，从而减少了对非靶点的影响和潜在的副作用。相比之下，阻断相互作用的策略可能更容易影响非靶点，因为只需要占据一个关键位点，而这个位点在不同蛋白中可能具有相似的特性。 稳定生物分子相互作用的策略也面临着一些挑战： ·首先，由于稳定作用通常涉及多个相互作用，设计能够有效稳定这些相互作用的药物分子变得更加复杂。这需要对生物分子相互作用的结构和动力学有更深入的理解，以及更先进的药物设计和筛选技术。 ·其次，稳定生物分子相互作用的药物分子可能具有较大的分子量和更复杂的结构，这可能影响其药代动力学特性，如吸收、分布、代谢和排泄等。因此，开发具有理想药代动力学特性的稳定生物分子相互作用的药物分子可能更具挑战性。 ·此外，由于稳定作用通常涉及多个相互作用，这些相互作用可能受到多种因素的影响，如pH、离子强度和构象变化等。这使得预测和控制这些相互作用的稳定性变得更加困难，从而增加了药物开发的不确定性和风险。 04 生物分子相互作用在疾病中的重要性 生物分子相互作用在维持生命所必需的生化过程中起着至关重要的作用，而这些过程的失调与各种疾病状态紧密相连。从最基本的细胞功能到复杂的生理过程，几乎所有的生物学活动都依赖于精确调控的生物分子相互作用网络。当这些相互作用出现紊乱时，可能导致细胞功能异常，进而引发各种病理状态。因此，理解生物分子相互作用在疾病中的作用，对于开发针对这些相互作用的药物治疗策略具有重要意义。 ·蛋白/蛋白相互作用是细胞功能的基础，参与调控几乎所有的细胞过程，包括信号传导、代谢、转录调控和细胞周期控制等。这些相互作用通常涉及特定的蛋白质结构域或模体，如SH2、PTB和PDZ等，它们能够特异性地识别并结合目标蛋白上的特定序列或构象。当这些相互作用失调时，可能导致信号传导异常、细胞周期失控或代谢紊乱，从而引发各种疾病。例如，整合素αⅡβ3和纤维蛋白原之间的相互作用对血小板聚集和血栓形成至关重要，这一过程的失调可导致严重出血或血栓形成。同样，细胞凋亡也受多种生物分子相互作用的调节。半胱氨酸-天冬氨酸蛋白酶是诱导细胞凋亡的关键酶，但与凋亡抑制蛋白的结合则能阻断其活性。如果这种作用能够特异性地针对分裂失控、快速生长的细胞(如癌症)，这将是一种有效的治疗策略。 ·蛋白/DNA相互作用在基因表达调控中起着核心作用，转录因子通过特异性地结合DNA上的特定序列，调控基因的转录活性。这些相互作用对于细胞分化、增殖和应激反应等过程至关重要，当这些相互作用失调时，可能导致基因表达异常，进而引发各种疾病。例如，核受体是重要的转录调控因子，它们通过结合特定的DNA序列来调控靶基因的表达。核受体信号也可以受到具有干扰或增强生物分子相互作用能力的化合物的影响。例如，受到一种能够扰乱激素反应元件和RNA聚合酶之间相互作用化合物的影响，其配体仍然会与核受体发生结合，但不会合成mRNA及相应的蛋白。 ·蛋白/RNA相互作用在基因表达调控和RNA加工过程中起着重要作用，RNA结合蛋白能够识别并结合特定的RNA序列或结构，调控RNA的稳定性、翻译和定位，这些相互作用对于细胞内RNA的功能和命运具有决定性影响。例如，微小RNA(miRNA)通过与靶mRNA的结合来抑制其翻译或促进其降解，从而调控基因表达。此外，RNA干扰(RNAi)机制中的RNA诱导沉默复合体(RISC)也是由蛋白/RNA相互作用介导的。这些相互作用的失调可能导致基因表达异常，进而引发各种疾病。 生物分子相互作用的失调在多种疾病中起着关键作用，在癌症中，关键的信号通路和调控机制经常出现紊乱，导致细胞增殖失控、凋亡抵抗和转移能力增强。这些紊乱通常与特定的蛋白/蛋白、蛋白/DNA或蛋白/RNA相互作用的异常有关，例如，B细胞淋巴瘤因子-2(BCL-2)和BCL-2相关X蛋白(BAX)的相互作用对细胞凋亡的调控至关重要，其主要驱动力是BAX的α螺旋与BCL-2表面沟槽的相互作用。一些研究团队已经成功发现了能够靶向α螺旋结合位点的类药小分子，例如，对抗癌药物Navitoclax(ABT-263)已经开展了多个临床试验进行研究。 自身免疫性疾病是由于免疫系统的异常活化导致的，通常涉及多种免疫细胞和分子的异常相互作用。例如，白细胞介素17A(IL-17A)与其受体(IL-17R)之间的相互作用在炎症反应中起着重要作用，其失调可能导致自身免疫性疾病的发生和发展。研发靶向这类"热点"的化合物十分困难。迄今为止，还没有特异性靶向此类"热点"的药物获批上市。 神经退行性疾病，如阿尔茨海默病、帕金森病和亨廷顿舞蹈症等，通常与特定的蛋白聚集和异常相互作用有关。例如，阿尔茨海默病中的β淀粉样蛋白聚集和tau蛋白磷酸化，帕金森病中的α-突触核蛋白聚集，以及亨廷顿舞蹈症中的突变亨廷顿蛋白聚集，都涉及到异常的蛋白/蛋白相互作用。这些异常相互作用可能导致神经元功能障碍和死亡，进而引发疾病症状。 心血管疾病是全球主要的死亡原因之一，其病理生理过程涉及多种生物分子相互作用。例如，血小板聚集和凝血块形成需要的整合素αⅡβ3和纤维蛋白原之间的相互作用对血小板聚集和血栓形成至关重要，这一过程的失调可导致严重出血或血栓形成。此外，血管内皮功能障碍、血管平滑肌细胞增殖和心脏重构等过程都涉及到特定的蛋白/蛋白相互作用。 代谢性疾病，如糖尿病、肥胖症和代谢综合征等，通常与代谢途径和能量平衡的调控异常有关。这些调控涉及多种蛋白/蛋白和蛋白/DNA相互作用，例如，胰岛素信号通路中的多个蛋白相互作用对于葡萄糖代谢的调控至关重要。当这些相互作用失调时，可能导致胰岛素抵抗和糖尿病的发生。 感染性疾病是由各种病原体引起的，包括细菌、病毒、真菌和寄生虫等，这些病原体通过与宿主细胞的相互作用来入侵、生存和复制。因此，靶向这些相互作用的药物可能为感染性疾病的治疗提供新的策略。例如，抗病毒药物可以通过干扰病毒蛋白与宿主细胞成分的相互作用来抑制病毒复制。 炎症和免疫反应是机体抵抗外来入侵和清除损伤组织的重要机制，但过度或异常的炎症反应可能导致组织损伤和疾病。多种炎症介质和免疫细胞通过复杂的相互作用网络来调节炎症反应，例如，白细胞介素17A(IL-17A)与其受体(IL-17R)之间的相互作用在炎症反应中起着重要作用，其失调可能导致自身免疫性疾病的发生和发展。 05 结论与展望 生物分子相互作用作为药物发现的经典靶点，其重要性日益凸显。从蛋白/蛋白、蛋白/DNA到蛋白/RNA相互作用，这些复杂的分子事件在维持生命所必需的生化过程中起着至关重要的作用，而它们的失调与各种疾病状态紧密相连。尽管开发靶向这些相互作用的药物面临着诸多挑战，但随着科学技术的进步和创新方法的开发，这一领域正在不断取得进展，为多种疾病的治疗提供了新的策略和选择。 回顾过去几十年的发展，我们已经从最初认为生物分子相互作用"无成药性"，到现在成功开发出多种靶向这些相互作用的药物，如替罗非班和Navitoclax等。这些成功案例证明了靶向生物分子相互作用的可行性，也为该领域的进一步发展提供了信心和动力。同时，我们也认识到，与传统的药物靶点相比，生物分子相互作用具有更高的复杂性和多样性，需要更深入的理解和更先进的技术来开发有效的药物分子。 未来，随着分子生物学、结构生物学和计算化学等领域的快速发展，靶向生物分子相互作用的药物开发将有望取得更大的突破。首先，结构生物学技术的进步将使我们能够更准确地解析生物分子相互作用的结构基础，从而为药物设计提供更精确的靶点信息。例如，冷冻电子显微镜技术的发展使得我们能够解析更大、更复杂的蛋白质复合物的结构，这对于理解生物分子相互作用的分子机制具有重要意义。其次，计算化学和分子模拟技术的发展将使我们能够更准确地预测和设计能够调节生物分子相互作用的药物分子。例如，分子对接和动力学模拟可以用来预测小分子与生物分子相互作用界面的结合模式和稳定性，从而指导药物分子的设计和优化。此外，人工智能和机器学习技术在药物发现中的应用也为靶向生物分子相互作用的药物开发提供了新的工具和方法。人工智能和最大似然算法在药物发现和开发中的重要成果之一是预测和估计疾病网络、药物—药物相互作用和药物—靶点关系的总体拓扑和动力学。此外，多学科合作和创新药物设计策略的开发也将推动靶向生物分子相互作用的药物开发。例如，结合小分子药物和大分子药物的优势，开发具有更高特异性和亲和力的药物分子。或者，通过靶向多个相互作用位点，开发具有协同效应的药物组合，从而提高治疗效果并减少副作用。 同时，我们也需要认识到，靶向生物分子相互作用的药物开发仍然面临着诸多挑战。例如，如何设计能够特异性地结合并调节特定相互作用的小分子配体，如何克服生物分子相互作用的动态性和构象多样性，如何提高药物分子的特异性和选择性，以及如何优化药物分子的药代动力学特性等。这些挑战需要科学家们不断探索和创新，通过多学科合作和跨领域研究来解决。 此外，我们也需要关注靶向生物分子相互作用药物的安全性和有效性评估。由于生物分子相互作用通常涉及多个接触点和复杂的调控网络，靶向这些相互作用的药物可能具有更复杂的药效学和药动学特性，需要更全面和深入的评估。例如，通过建立更精确的体外和体内模型，评估药物对特定相互作用的影响及其对整体生理过程的调控作用，从而预测和评估药物的安全性和有效性。 综上所述，生物分子相互作用作为药物发现的经典靶点，具有重要的研究价值和应用前景。通过深入理解这些相互作用的分子机制和结构基础，结合先进的药物设计和筛选技术，科学家们有望开发出更多能够有效调节生物分子相互作用的药物分子，为多种疾病的治疗提供新的策略和选择。未来，随着科学技术的进步和创新方法的开发，靶向生物分子相互作用的药物开发将有望取得更大的突破，为患者带来更有效的治疗选择。 参考文献 1. 《药物研发基本原理》第2版，〔美〕本杰明·E. 布拉斯，科学出版社 2. 药物发现与设计新策略的前沿发展. https://pps.cpu.edu.cn/cn/article/pdf/preview/5c4e5354-0848-4f24-a56a-ea8810ed1183.pdf. 3. 分子对接方法在药物发现之外领域的应用. https://journal.bjut.edu.cn/bjgydxxb/article/doi/10.11936/bjutxb2017050029?viewType=HTML. 4. 其它信息源于网络搜索 （来源：生物屋 作者 屋中人） end 本公众号声明： 1、如您转载本公众号原创内容必须注明出处。 2、本公众号转载的内容是出于传递更多信息之目的，若有来源标注错误或侵犯了您的合法权益，请作者或发布单位与我们联系，我们将及时进行修改或删除处理。 3、本公众号文中部分图片来源于网络，版权归原作者所有，如果侵犯到您的权益，请联系我们删除。 4、本公众号发布的所有内容，并不意味着本公众号赞同其观点或证实其描述。其原创性以及文中陈述文字和内容未经本公众号证实，对本文全部或者部分内容的真实性、完整性、及时性我们不作任何保证或承诺，请浏览者仅作参考，并请自行核实。